第十章 分立元件组成单稳态、多谐振荡
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2Fra Baidu bibliotek
1、微分型单稳态触发器（P467）
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VDD
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VDD
a.无触发信号时，电路处于稳态， vO=0 在稳态下vI=0， vI2=VDD，故 vo=0， vo1=VDD，电容C两端无 电压， vc=0 2015-7-7
1、微分型单稳态触发器（P467）
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1
b.外加触发信号时(v I由0→1)， 电路由稳态翻转到暂稳态 当输入信号 vI加触发脉冲时， 当 vI上升，vd也随之上升，当 在 Rd、C 组成的微分电路输出 d 上升到 V TH后，此时存在下列 端得到很窄的正、负脉冲 vd， 正反馈：
( 2)由于“扰动”使 VI 1有微小 ，则有： VI 1 VO ! VI 2 VO 2 使VO1迅速跳变为低，而 VO 2 迅速跳变为高。 电路进入第一个暂稳态 , C1开始充电， C 2开始放电。
12
(3)当VI 2充至 VTH时，再 将起引起如下正反馈： VI 2 VO 2 VI 1 VO1 使VO1迅速跳变为高，而 VO 2 迅速跳变为低。 电路进入第二个暂稳态 , C 2开始充电， C1开始放电。
1 0
0 1
c.电容放电使VA=VTH时，电路 回到稳态
随着电容C的放电，vA下降到G2门 的开启电压VTH时，输出翻转为高电 平，回到稳定状态（“1”）。当vI回 到低电平后， vo1重新为高电平，并 向电容C充电。
2015-7-7
电容放电 电容充电
暂态
两种单稳态触发器的比较：
微分型单稳态触发器
15
10.4.2 非对称式多谐振荡器 一、工作原理（CMOS）(1)由于“扰动”使 VI 1有微小 ，则有：
VI 1 VI 2 VO 2 使VO1迅速 低，而 VO 2 迅速 高。 电路进入第一个暂稳态 C开始放电 ,VI 1
( 2)VI 1 至VTH，则有： VI 1 VI 2 VO 2 使VO1迅速 高，而 VO 2 迅速 低。 电路进入第二个暂稳态 C开始充电 ,VI 1
(3)当VI 1 至VTH , 又返回第一个暂稳态。
16
二、电压波形
脉冲宽度计算： TW T1 T2 T1 : C放电，从VTH VDD 放至VTH T2 : C充电，从VTH VDD 充至VTH
V( ) V( 0) tw RC ln V( ) V( t )
积分型单稳态触发器
微分型单稳态触发器输出波形比较理想，前后沿比较陡 （有正反馈存在)，但抗干扰能力差；积分型单稳态触发器抗干 扰能力强，但输出波形边沿比较差，而且要求输入触发脉冲的 宽度要大于输出脉冲宽度。
11
10.4 多谐振荡器（自激振荡，不需要外加 触发信号） 10.4.1 对称式多谐振荡器 一、工作原理（TTL） (1)静态（未振荡） 时应是不稳定的
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2、 积分型单稳态触发器
由TTL与非门、反相器及RC积分电路构成 的积分型单稳态触发器。用于正脉冲触发。
2015-7-7
2、 积分型单稳态触发器 0 1 1 1
a.在vi正脉冲到来以前，电路 处于稳态 当vI＝0时，输出电压vo＝VOH 为高电平, vo1＝VOH， vo1通过 R很快给电容C充电到vA＝ VOH（R值比较小）
2015-7-7
1、微分型单稳态触发器（P467）
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c.电容充电，电路由暂稳态自 动返回至稳态 随着vI2的增加，当增加到vI2 ＝VTH，产生另一正反馈，即
2015-7-7
C放电
tw=0.69 RC
1、微分型单稳态触发器（P467）
注：微分型单稳态触发器可以用窄脉冲触发。若宽脉 冲触发（即vd的脉冲宽度大于输出脉冲宽度）电路仍 能工作，但输出脉冲的下降沿较差（电路中未形成正 反馈）。
13
二、电压波形
14
三、振荡频率计算
T VI1从充电开始到充至 VTH的时间 VI 2从充电开始到充至 VTH的时间
VE VOH (VCC VBE VOH ) RE R1 // RF 2 RF 2 R1 RF 2
VE VIK T 2 RE C ln VE VTH
１９２２年 美国 卡第提出用石英压电效应调制电磁振 荡的频率。 巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡 片实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采 用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体 的最重要应用之一。
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17
10.4.3 环形振荡器 一、最简单的环形振荡器
18
二、实用的环形振荡器
（TTL）
第一步：增加RC积分环节，加大 t pd 2。
第二步：为获取更大延 迟，将C的接地端改至G1输出。
19
通过调整 R、C改f（R不能太大） RC常数远大于 Tpd ,因此周期主要计算 RC环节
20
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
2015-7-7
2、 积分型单稳态触发器 1 0
1
0
b.当有正脉冲输入后，电路 进入暂稳态 当vI由0→1时，vo1＝VOL。由 于电容不能突变， vA仍保持高 电平，使得输出vo＝VOL为低 电平，电路进入暂态过程，此 时电容 C放电 2015-7-7
电容放电
2、 积分型单稳态触发器 0 1 1
数字电子技术基础
阎石主编（第五版）
信息科学与工程学院基础部
二、 用门电路组成的单稳态触发器
单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充 放电过程来维持的，根据RC的电路不同接法，把 单稳态触发器分成微分型和积分型。
1
1、微分型单稳态触发器（P467）
由CMOS门电路G1、 G2和Rd、Cd微分电路构成的 单稳态触发器。 设VOH≈ VDD， VOL≈ 0，且CMOS门的转折电压为 VTH≈ VDD / 2，
VDD VT VDD VT T T1 T2 RC ln RC ln VDD VT VDD VT
VDD VT VDD VT T T1 T2 R2C ln R1C ln VDD VT VDD VT
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10.4.5 石英晶体多谐振荡器
1、微分型单稳态触发器（P467）
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VDD
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VDD
a.无触发信号时，电路处于稳态， vO=0 在稳态下vI=0， vI2=VDD，故 vo=0， vo1=VDD，电容C两端无 电压， vc=0 2015-7-7
1、微分型单稳态触发器（P467）
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b.外加触发信号时(v I由0→1)， 电路由稳态翻转到暂稳态 当输入信号 vI加触发脉冲时， 当 vI上升，vd也随之上升，当 在 Rd、C 组成的微分电路输出 d 上升到 V TH后，此时存在下列 端得到很窄的正、负脉冲 vd， 正反馈：
( 2)由于“扰动”使 VI 1有微小 ，则有： VI 1 VO ! VI 2 VO 2 使VO1迅速跳变为低，而 VO 2 迅速跳变为高。 电路进入第一个暂稳态 , C1开始充电， C 2开始放电。
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(3)当VI 2充至 VTH时，再 将起引起如下正反馈： VI 2 VO 2 VI 1 VO1 使VO1迅速跳变为高，而 VO 2 迅速跳变为低。 电路进入第二个暂稳态 , C 2开始充电， C1开始放电。
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c.电容放电使VA=VTH时，电路 回到稳态
随着电容C的放电，vA下降到G2门 的开启电压VTH时，输出翻转为高电 平，回到稳定状态（“1”）。当vI回 到低电平后， vo1重新为高电平，并 向电容C充电。
2015-7-7
电容放电 电容充电
暂态
两种单稳态触发器的比较：
微分型单稳态触发器
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10.4.2 非对称式多谐振荡器 一、工作原理（CMOS）(1)由于“扰动”使 VI 1有微小 ，则有：
VI 1 VI 2 VO 2 使VO1迅速 低，而 VO 2 迅速 高。 电路进入第一个暂稳态 C开始放电 ,VI 1
( 2)VI 1 至VTH，则有： VI 1 VI 2 VO 2 使VO1迅速 高，而 VO 2 迅速 低。 电路进入第二个暂稳态 C开始充电 ,VI 1
(3)当VI 1 至VTH , 又返回第一个暂稳态。
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二、电压波形
脉冲宽度计算： TW T1 T2 T1 : C放电，从VTH VDD 放至VTH T2 : C充电，从VTH VDD 充至VTH
V( ) V( 0) tw RC ln V( ) V( t )
积分型单稳态触发器
微分型单稳态触发器输出波形比较理想，前后沿比较陡 （有正反馈存在)，但抗干扰能力差；积分型单稳态触发器抗干 扰能力强，但输出波形边沿比较差，而且要求输入触发脉冲的 宽度要大于输出脉冲宽度。
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10.4 多谐振荡器（自激振荡，不需要外加 触发信号） 10.4.1 对称式多谐振荡器 一、工作原理（TTL） (1)静态（未振荡） 时应是不稳定的
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2、 积分型单稳态触发器
由TTL与非门、反相器及RC积分电路构成 的积分型单稳态触发器。用于正脉冲触发。
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2、 积分型单稳态触发器 0 1 1 1
a.在vi正脉冲到来以前，电路 处于稳态 当vI＝0时，输出电压vo＝VOH 为高电平, vo1＝VOH， vo1通过 R很快给电容C充电到vA＝ VOH（R值比较小）
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1、微分型单稳态触发器（P467）
0
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c.电容充电，电路由暂稳态自 动返回至稳态 随着vI2的增加，当增加到vI2 ＝VTH，产生另一正反馈，即
2015-7-7
C放电
tw=0.69 RC
1、微分型单稳态触发器（P467）
注：微分型单稳态触发器可以用窄脉冲触发。若宽脉 冲触发（即vd的脉冲宽度大于输出脉冲宽度）电路仍 能工作，但输出脉冲的下降沿较差（电路中未形成正 反馈）。
13
二、电压波形
14
三、振荡频率计算
T VI1从充电开始到充至 VTH的时间 VI 2从充电开始到充至 VTH的时间
VE VOH (VCC VBE VOH ) RE R1 // RF 2 RF 2 R1 RF 2
VE VIK T 2 RE C ln VE VTH
１９２２年 美国 卡第提出用石英压电效应调制电磁振 荡的频率。 巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡 片实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采 用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体 的最重要应用之一。
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10.4.3 环形振荡器 一、最简单的环形振荡器
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二、实用的环形振荡器
（TTL）
第一步：增加RC积分环节，加大 t pd 2。
第二步：为获取更大延 迟，将C的接地端改至G1输出。
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通过调整 R、C改f（R不能太大） RC常数远大于 Tpd ,因此周期主要计算 RC环节
20
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
2015-7-7
2、 积分型单稳态触发器 1 0
1
0
b.当有正脉冲输入后，电路 进入暂稳态 当vI由0→1时，vo1＝VOL。由 于电容不能突变， vA仍保持高 电平，使得输出vo＝VOL为低 电平，电路进入暂态过程，此 时电容 C放电 2015-7-7
电容放电
2、 积分型单稳态触发器 0 1 1
数字电子技术基础
阎石主编（第五版）
信息科学与工程学院基础部
二、 用门电路组成的单稳态触发器
单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充 放电过程来维持的，根据RC的电路不同接法，把 单稳态触发器分成微分型和积分型。
1
1、微分型单稳态触发器（P467）
由CMOS门电路G1、 G2和Rd、Cd微分电路构成的 单稳态触发器。 设VOH≈ VDD， VOL≈ 0，且CMOS门的转折电压为 VTH≈ VDD / 2，
VDD VT VDD VT T T1 T2 RC ln RC ln VDD VT VDD VT
VDD VT VDD VT T T1 T2 R2C ln R1C ln VDD VT VDD VT
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10.4.5 石英晶体多谐振荡器